EP3620248B1 - Kopplungs-einrichtung - Google Patents

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EP3620248B1
EP3620248B1 EP18193443.1A EP18193443A EP3620248B1 EP 3620248 B1 EP3620248 B1 EP 3620248B1 EP 18193443 A EP18193443 A EP 18193443A EP 3620248 B1 EP3620248 B1 EP 3620248B1
Authority
EP
European Patent Office
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chuck
clamping jaws
interface
control device
interfaces
Prior art date
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Active
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EP18193443.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3620248A1 (de
Inventor
Eckhard Maurer
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SMW Autoblok Spannsysteme GmbH
Original Assignee
SMW Autoblok Spannsysteme GmbH
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Publication date
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Priority to EP18193443.1A priority Critical patent/EP3620248B1/de
Priority to JP2019162754A priority patent/JP7261705B2/ja
Priority to US16/566,198 priority patent/US11253931B2/en
Priority to CN201910852521.2A priority patent/CN110888399A/zh
Publication of EP3620248A1 publication Critical patent/EP3620248A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/12—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable
    • B23B31/16—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable moving radially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/1627—Details of the jaws
    • B23B31/16283—Indivudually adjustable jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/28—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using electric or magnetic means in the chuck
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37225—Tool holder, measure forces in chuck, tool holder
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50183—Detect correct clamping of workpiece, chucks grip properly workpiece
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T279/21—Chucks or sockets with measuring, indicating or control means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T279/00—Chucks or sockets
    • Y10T279/27—Separate chuck-actuating power source

Definitions

  • the invention relates to an inductively operated chuck for spatially centering a workpiece to be machined according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a chuck requires energy and/or signal transmissions that are to be transmitted without contact and can be used in a machining center or a turning and/or milling center.
  • the EP 3 028 804 B1 to take such.
  • Signals and voltages are transmitted inductively and thus without contact from a fixed machine frame to a rotating machining center, in particular a chuck, both in the direction of the chuck and vice versa.
  • the respective machining centers or chucks have components, in particular clamping jaws, which are supported in a chuck body such that they can be moved or moved by means of an electric motor.
  • the electric motors are then switched off for safety reasons when a specified ACTUAL position is reached, the clamping jaws are locked by means of spring assemblies and mechanical friction brakes.
  • the electric motors therefore press the spring assemblies together during the clamping process, so that they apply the clamping force for the clamping jaws.
  • the mechanical friction brakes prevent the clamping jaws from slipping or loosening.
  • This transmission device can be used with a clamping unit that has an outer housing with a cylindrical basic shape.
  • the positions of the clamping jaws must be constantly monitored during the machining process, because the clamping jaws hold the workpiece to be machined centered in space and if the position of one of the clamping jaws changes during the machining process, there is a risk of machining errors or even a loosening of the clamped workpiece.
  • these components are assigned a large number of measuring sensors, which generate corresponding measurement data and transmit them via the inductive transmission devices, which are designed in two parts , namely on the one hand in the rotating chuck and on the other hand in the fixed support frame, are transferred from these.
  • the two transmission devices must therefore be aligned with one another so that the spatial separation of the two transmission devices allows rotation of the chuck and at the same time inductive transmission of measurement signals, measurement data and/or voltages for the operation of the electric motors.
  • At least one programmable interface is provided between the second inductive transmission device and the control device, which is electrically connected to the second inductive transmission device and the control device, that each interface has one or more command and control programs, through which the setting of the chuck is carried out the control device takes place or can be selected, that a large number of measuring sensors assigned to the clamping jaws, electric motors and/or the chuck are provided, by means of which their operating states are recorded and which are transmitted to the respective interface, that a comparison between the ACTUAL data stored in the command programs and the measurement data determined by the measurement sensors and that data sets are generated by this comparison of the selected operating state of the chuck with an actual operating state, which vo
  • the respective interface has been evaluated and forwarded to the control device of the chuck, the clamping jaws or the electric motors, the chuck can be connected to a customer-specific control device without any programming effort and put into operation immediately, since the command data required for controlling and monitoring the chuck and Monitoring values from the interface both in the direction of the control device and in the direction
  • the chuck and the programmable interface can be assembled and interconnected accordingly by the manufacturer and as soon as the chuck is delivered with the interface to the respective customer, the control device can be connected to the respective interface, which means that the chuck can be put into operation immediately without that time-consuming and complex programming work or adjustments of the respective customer-specific control devices to the chuck supplied are necessary.
  • the chuck, the clamping jaws and/or the electric motors, by which the respective clamping jaws are moved and fixed in their clamping position, are one Associated with a large number of measurement sensors, through which the positions, the force curves and/or other measurement data required for the operation of the chuck are generated permanently. Accordingly, the operating state of the chuck and its components is monitored and a measurement data set is generated, which is forwarded to the interface by the two inductive transmission devices from the chuck or their respective measurement sensors.
  • the interface processes and compares the measurement data records received with stored data records that correspond to the selected operating status of the chuck. If the measured data sets match the stored data sets, the respective interface forwards this result to the control device so that the actual machining process can be released, because the chuck centers the workpiece to be machined correctly.
  • the respective user of the coupling device according to the invention therefore only has to use the control device to select which of the stored operating states is to be used for the chuck used and which clamping force is to be exerted by the clamping jaws on the workpiece to be machined. Consequently, the respective user only has to make a selection and set the clamping force. Accordingly, the interface supplied by the manufacturer of the chuck can be connected to any control device of a customer and can communicate with it accordingly. The actual evaluations of the determined measurement results and the comparison of the stored data sets with the actual operating status of the chuck takes place exclusively in the interface.
  • a coupling device 1 can be seen through which a chuck 2 is to be connected to a customer-side control device 11 and monitored.
  • the chuck 2 serves to keep a workpiece 3 to be machined centered in space while it is being machined by a machine tool, not shown.
  • the chuck 2 consists of one or more clamping jaws 4, which can be moved radially in the direction of the workpiece 3, so that the diameter enclosed or formed by the clamping jaws 4 can be changed in order to remove the workpiece 3 from the chuck 2 remove or to fix this in a position-oriented manner.
  • the clamping jaws 4 are movably held in guide grooves 5 and are each driven by an electric motor 6 assigned to them.
  • a first transmission device 7 is provided in the chuck 2 and is connected to the electric motors 6 and a large number of measuring sensors 22 via electrical lines 13 .
  • the position of the clamping jaws 4 and the voltages of the electric motors 6 and their revolutions are to be measured by the measuring sensors 22 .
  • Other measurement data required for the operation of the chuck 2 are also recorded by the measurement sensors 22 and forwarded to the first transmission device 7 .
  • the rack 10 is associated with a second transmission device 8, which is arranged in alignment with the first transmission device 7 of the chuck 2. An air gap is thus created between the two transmission devices 7 , 8 , so that the chuck 2 can be moved relative to the frame 10 . Due to the inductive transmission between the two transmission devices 7, 8, the measurement data determined by the measurement sensors 22 and the voltages required for the operation of the electric motors 6 can therefore be transmitted between them. The data records entered at the control device 11 can thus also be forwarded to the chuck 2 .
  • the second transmission device 8 is connected to a programmable interface 21 by means of the electrical lines 13 .
  • the respective interface 21 is coupled to the control device 11 with an electrical line 13 .
  • the interface 21 has several command levels, namely motion, control and safety. These command levels serve to control and permanently monitor the chuck 2 .
  • the positions of the clamping jaws 4 and the voltages on the electric motors 6, which are continuously determined by the measuring sensors 22, are forwarded to the interface 21 and evaluated by it.
  • Several operating data sets for the respective chuck 2 are stored in the interface 21 .
  • the respective user selects one of the stored operating programs via the control device 11 and also sets the desired clamping force on the control device 11 , which is forwarded from this via the interface 21 to the respective electric motors 6 .
  • the electric motors 6 are activated by the interface 21, so that the clamping jaws 4 are moved in the direction of the workpiece 3 to be machined.
  • These states of motion or sequences of the clamping jaws 4 and the electric motors 6 are stored in the Motion command level. If these sequences match the stored data records, the interface 21 can determine that these sequences of movements correspond to the sequences of movements stored, as a result of which a first safety release takes place.
  • the clamping jaws 4 As soon as the clamping jaws 4 have reached their clamping position, which can be determined, for example, by the measurement sensors 22 due to an increase in the voltage at the electric motors 6, the electric motors 6 must be switched off and locked so that the clamping jaws 4 can no longer be moved, but instead are locked.
  • These operating states are stored in the control command level and the measurement data continuously recorded by the measurement sensors 22 during the voltage state are compared with the measurement data stored in the respective interface 21 . If there are no corresponding discrepancies between the stored data records of the operating status and the actual data records of the operating status, the interface 22 issues a further safety release, so that the machining process is not interrupted or can be released when the clamping jaws 4 are adjusted.
  • the further safety command level is provided in the interface 21, by means of which mechanical friction brakes in particular are monitored. These friction brakes monitor the locking of the clamping jaws 4.
  • the electric motors 6 are switched off after the clamping position has been reached. This measurement data can thus also be recorded by the respective interface 21 and forwarded to the control device 11 .
  • the measurement data continuously determined by the measurement sensors 22 are compared in a stored operating state data set and as soon as a correspondingly specified deviation should exist, the respective interface 21 generates a corresponding control signal, as a result of which the processing by the control device 11 is interrupted. As long as the measurement data sets received match the stored operating states in the form of corresponding data sets, the processing is not disrupted and can be continued.
  • FIG 3 a redundant monitoring of the chuck 2 is shown because two interfaces 21 are electrically coupled to the second inductive transmission device 8 . Both of the interfaces 21 receive the measurement data records from the measurement sensors 22 independently of one another and evaluate them independently of one another. The two interfaces 21 are electrically connected to one another and as soon as the comparisons between the measurement data sets received and the stored operating states have been carried out, the interfaces 21 communicate with one another and if their measurement results or comparisons match, then the control device 11 receives a release signal so that the processing process is initiated can be, since the chuck 2 are aligned in their clamping position.
  • the machining process must be interrupted or cannot be released, since there may be a malfunction in the chuck 2 or its clamping jaws 4 or electric motors 6. Such a malfunction must first be checked.
  • the two interconnected interfaces 21 accordingly increase the safety for the operation and the setting of the chuck 2, they therefore have a redundant safety-increasing function. Both interfaces 21 work independently of one another and receive the measurement data determined by the measurement sensors 22 .

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein induktiv betriebenes Spannfutter zur Zentrierung eines zu bearbeitenden Werkstückes im Raum nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches Spannfutter benötigt Energie- und/oder Signalübertragungen, die berührungslos zu übertragen sind, und ist zur Verwendung in einem Bearbeitungszentrum bzw. einem Dreh- und/oder Fräszentrum verwendbar. Beispielsweise der EP 3 028 804 B1 eine solche zu entnehmen. Dabei werden Signale und Spannungen induktiv und damit berührungslos von einem festen Maschinen-Gestell zu einem rotierenden Bearbeitungszentrum, insbesondere einem Spannfutter, sowohl in Richtung des Spannfutters als auch umgekehrt übertragen. Die jeweiligen Bearbeitungszentren bzw. Spannfutter weisen Bauteile, insbesondere Spannbacken, auf die mittels eines Elektromotors verfahrbar oder beweglich in einem Futterkörper abgestützt sind. Die Elektromotoren werden anschließend bei Erreichen einer vorgegebenen IST-Position aus Sicherheitsgründen abgeschaltet, die Spannbacken werden mittels Federpaketen und mechanischen Reibbremsen arretiert. Die Elektromotoren drücken demnach die Federpakete während des Spannvorganges zusammen, so dass diese die Spannkraft für die Spannbacken aufbringen. Nach dem Abschalten der Elektromotoren verhindern die mechanischen Reibbremsen ein Verrutschen oder Lösen der Spannbacken.
  • Der EP 3 028 804 B1 ist eine Übertragungsanordnung, insbesondere zur Energie- und/oder Signalübertragung zu entnehmen. Diese Übertragungseinrichtung kann mit einer Spanneinheit, die ein Außengehäuse von zylindrischer Grundform aufweist, verwendet werden.
  • Darüber hinaus sind die Positionen der Spannbacken während des Bearbeitungsvorganges permanent zu überwachen, denn die Spannbacken arretierenden ein zu bearbeitendes Werkstück zentriert im Raum und wenn sich die Position einer der Spannbacken während des Bearbeitungsvorganges verändert, dann drohen Bearbeitungsfehler oder gar ein Lösen des eingespannten Werkstückes. Um die entsprechenden Betriebszustände und Positionen der Spannbacken bzw. Elektromotoren, die in dem Futterkörper des Spannfutters eingebaut sind, permanent überwachen zu können, sind diesen Bauteilen eine Vielzahl von Messsensoren zugeordnet, die entsprechende Messdaten generieren und diese über die induktiven Übertragungseinrichtungen, die zweiteilig ausgestaltet sind, nämlich einerseits in dem rotierenden Spannfutter und andererseits in dem feststehenden Traggestell, von diesen übertragen sind. Die beiden Übertragungseinrichtungen sind demnach fluchtend zueinander auszurichten, so dass durch die räumliche Trennung der beiden Übertragungseinrichtungen eine Rotation des Spannfutters möglich ist und gleichzeitig eine induktive Übertragung von Messsignalen, Messdaten und/oder Spannungen für den Betrieb der Elektromotoren übertragen werden können.
  • Solche induktiv betriebenen Übertragungsanordnungen haben sich in der Praxis zwar bewährt, jedoch hat sich herausgestellt, dass jeder Benutzer solcher Bearbeitungszentren unterschiedliche elektrische Geräte verwendet, so dass jede Anwendung kundenspezifisch neu zu programmieren ist. Ein unmittelbares in Betrieb nehmen des Spannfutters kann somit nicht erfolgen; vielmehr sind zeitaufwendige und komplexe Programmierarbeiten erforderlich, um die Schnittstelle zwischen dem Spannfutter und einem von einem Menschen zu bedienende Steuereinrichtung einzustellen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein induktiv betriebenes Spannfutter der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, durch das gewährleistet ist, dass unabhängig von den kundenspezifischen elektrischen Geräten unverzüglich nach Kopplung der kundenseitig vorhandenen Steuereinrichtungen mit dem Spannfutter ein vollständiger Betrieb des Spannfutters und dessen Überwachung während eines Bearbeitungsvorganges erreicht ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Dadurch, dass zwischen der zweiten induktiven Übertragungseinrichtung und der Steuereinrichtung mindestens eine programmierbare Schnittstelle vorgesehen ist, die mit der zweiten induktiven Übertragungseinrichtung und der Steuereinrichtung elektrisch verbunden ist, dass jede Schnittstelle eine oder mehrere Befehls- und Steuerprogramme aufweist, durch die die Einstellung des Spannfutters durch die Steuereinrichtung erfolgt bzw. auswählbar ist, dass eine Vielzahl von den Spannbacken, Elektromotoren und/oder dem Spannfutter zugeordnete Messsensoren vorgesehen sind , durch die deren Betriebszustände erfasst sind und die an die jeweilige Schnittstelle übertragen sind, dass durch die jeweilige Schnittstelle ein Vergleich zwischen dem in den Befehlsprogrammen hinterlegten IST-Daten und der von den Messsensoren ermittelten Messdaten erfolgt und dass durch diesen Abgleich des ausgewählten Betriebszustandes des Spannfutters mit einem tatsächlichen Betriebszustand Datensätze generiert sind, die von der jeweiligen Schnittstellte ausgewertet und an die Steuereinrichtung des Spannfutters, die Spannbacken oder die Elektromotoren weitergeleitet sind, kann das Spannfutter ohne Programmieraufwand an eine kundenspezifische Steuereinrichtung angeschlossen sein und unverzüglich in Betrieb genommen werden, da die für die Steuerung und Überwachung des Spannfutters erforderlichen Befehlsdaten und Überwachungswerte von der Schnittstelle sowohl in Richtung der Steuereinrichtung als auch in Richtung des Spannfutters nach dessen Anschluss an die zweite induktive Übertragungeinrichtung und die Steuereinrichtung erfolgt. Folglich kann herstellerseitig das Spannfutter und die programmierbare Schnittstelle entsprechend zusammengebaut und zusammengeschaltet sein und sobald das Spannfutter mit der Schnittstelle an den jeweiligen Kunden ausgeliefert wird, kann der Anschluss der Steuereinrichtung an die jeweilige Schnittstelle erfolgen, wodurch unverzüglich das Spannfutter in Betrieb genommen werden kann, ohne dass zeitaufwendige und komplexe Programmierarbeiten bzw. Anpassungen der jeweiligen kundenspezifischen Steuereinrichtungen an das gelieferte Spannfutter notwendig sind.
  • Dem Spannfutter, den Spannbacken und/oder den Elektromotoren, durch die die jeweiligen Spannbacken bewegt und in ihrer Spannstellung festgesetzt sind, sind eine Vielzahl von Messsensoren zugeordnet, durch die permanent die Positionen, die Kraftverläufe und/oder sonstige für den Betrieb des Spannfutters erforderliche Messdaten generiert sind. Demnach wird der Betriebszustand des Spannfutters und dessen Bauteile überwacht und ein Messdatensatz generiert, der durch die beiden induktiven Übertragungseinrichtungen von dem Spannfutter bzw. deren jeweiligen Messsensoren an die Schnittstelle weitergeleitet sind. Die Schnittstelle verarbeitet und vergleicht die erhaltenen Messdatensätze mit hinterlegten Datensätzen, die dem ausgewählten Betriebszustand des Spannfutters entsprechen. Sollten die gemessenen Datensätze mit den hinterlegten Datensätzen übereinstimmen, leitet die jeweilige Schnittstelle dieses Ergebnis an die Steuereinrichtung weiter, so dass der tatsächliche Bearbeitungsprozess freigegeben werden kann, denn das Spannfutter zentriert das zu bearbeitende Werkstück korrekt.
  • Oftmals ist es erforderlich, dass die von den Schnittstellen ermittelten Abgleiche redundant überprüft sind, so dass es besonders vorteilhaft ist, wenn eine zweite Schnittstelle vorgesehen ist, durch die unabhängig von der ersten Schnittstelle Messdatensätze von den Messsensoren generiert und mit dem hinterlegten Befehlsprogramm verglichen sind. Stimmen die von den beiden Schnittstellen durch den Abgleich ermittelten Messdatensätze überein, wird diese Information an die Steuereinrichtung übertragen und der Spannzustand des Spannfutters ist somit entsprechend überprüft und der Bearbeitungsprozess kann eingeleitet werden.
  • Der jeweilige Benutzer der erfindungsgemäßen Kopplungs-Einrichtung hat demnach lediglich über die Steuereinrichtung auszuwählen, welches der hinterlegten Betriebszustände für das verwendete Spannfutter eingesetzt werden und welche Spannkraft durch die Spannbacken auf das zu bearbeitende Werkstück ausgeübt werden soll. Folglich hat der jeweilige Benutzer ausschließlich eine Auswahl und die Einstellung der Spannkraft vorzunehmen. Demnach kann die von dem Hersteller des Spannfutters ausgelieferte Schnittstelle an jede beliebige Steuereinrichtung eines Kunden angeschlossen sein und mit dieser entsprechend kommunizieren. Die tatsächlichen Auswertungen der ermittelten Messergebnisse und der Abgleich der hinterlegten Datensätzen mit dem tatsächlichen Betriebszustand des Spannfutters erfolgt ausschließlich in der Schnittstelle.
  • In der Zeichnung ist eine Kopplungs-Einrichtung dargestellt, die nachfolgend näher erläutert ist. Im Einzelnen zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung von zwei über jeweils eine Schnittstelle mit einer Steuereinrichtung verbundenen Spannfutter,
    Figur 2
    eine vergrößerte Darstellung der Schnittstelle gemäß Figur 1 und
    Figur 3
    eine redundante Überprüfung der Funktionsweise der Schnittstellen gemäß Figur 1.
  • Aus Figur 1 ist eine Kopplungs-Einrichtung 1 zu entnehmen, durch die ein Spannfutter 2 an eine kundenseitige Steuereinrichtung 11 angeschlossen und überwacht werden soll. Das Spannfutter 2 dient dazu, ein zu bearbeitendes Werkstück 3 im Raum zentriert zu halten, während dieses von einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine bearbeitet ist. Das Spannfutter 2 besteht aus einem oder mehreren Spannbacken 4, die radial in Richtung des Werkstückes 3 vorfahrbar sind, so dass der Durchmesser, der von den Spannbacken 4 eingeschlossen bzw. gebildet ist, verändert werden kann, um das Werkstück 3 aus dem Spannfutter 2 zu entfernen bzw. dieses lageorientiert zu fixieren. Die Spannbacken 4 sind in Führungsnuten 5 beweglich gehalten und werden durch jeweils einen diesen zugeordneten Elektromotor 6 angetrieben.
  • Um den Elektromotor 6 mit der notwendigen Spannung zu versorgen, ist in dem Spannfutter 2 eine erste Übertragungseinrichtung 7 vorgesehen, die über elektrische Leitungen 13 mit den Elektromotoren 6 und einer Vielzahl von Messsensoren 22 verbunden ist. Durch die Messsensoren 22 sollen die Position der Spannbacken 4 und die Spannungen der Elektromotoren 6 bzw. deren Umdrehungen gemessen sein. Auch sonstige für den Betrieb des Spannfutters 2 erforderliche Messdaten werden von den Messsensoren 22 erfasst und an die erste Übertragungseinrichtung 7 weitergeleitet.
  • Da das Spannfutter 2 während des Bearbeitungsvorganges rotiert, ist dieses räumlich von einem Maschinen- oder Traggestell 10 zu beabstanden. Dem Gestell 10 ist eine zweite Übertragungseinrichtung 8 zugeordnet, die fluchtend zu der ersten Übertragungseinrichtung 7 des Spannfutters 2 angeordnet ist. Zwischen den beiden Übertragungseinrichtungen 7, 8 entsteht somit ein Luftspalt, so dass das Spannfutter 2 relativ zu dem Gestell 10 bewegbar ist. Aufgrund der induktiven Übertragung zwischen den beiden Übertragungseinrichtungen 7, 8 können demnach zwischen diesen die von den Messsensoren 22 ermittelten Messdaten sowie die für den Betrieb der Elektromotoren 6 erforderlichen Spannungen übertragen sein. Auch die an der Steuereinrichtung 11 eingegebene Datensätze können somit an das Spannfutter 2 weitergegeben werden.
  • Die zweite Übertragungseinrichtung 8 ist mittels der elektrischen Leitungen 13 an eine programmierbare Schnittstelle 21 angeschlossen. Die jeweilige Schnittstelle 21 ist mit einer elektrischen Leitung 13 an die Steuereinrichtung 11 gekoppelt.
  • In Figur 2 ist schematisch der Aufbau der programmierbaren Schnittstelle 21 zu entnehmen. Die Schnittstelle 21 weist dabei mehrere Befehlsebenen auf, nämlich Motion, control und safety. Diese Befehlsebenen dienen dazu, das Spannfutter 2 zu steuern und permanent zu überwachen. Insbesondere die Positionen der Spannbacken 4 und die Spannungen an den Elektromotoren 6, die von den Messsensoren 22 permanent ermittelt sind, werden an die Schnittstelle 21 weitergeleitet und von dieser ausgewertet.
  • In der Schnittstelle 21 sind mehrere Betriebsdatensätze für das jeweilige Spannfutter 2 hinterlegt. Der jeweilige Benutzer wählt über die Steuereinrichtung 11 eines der hinterlegten Betriebsprogramme aus und stellt zudem die gewünschte Spannkraft an der Steuereinrichtung 11 ein, die von dieser über die Schnittstelle 21 an die jeweiligen Elektromotoren 6 weitergeleitet ist. Sobald diese Einstellungsparameter ausgewählt bzw. eingestellt sind, sind die Elektromotoren 6 durch die Schnittstelle 21 aktiviert, so dass die Spannbacken 4 in Richtung des zu bearbeitenden Werkstückes 3 verfahren sind. Diese Bewegungszustände- bzw. Abläufe der Spannbacken 4 und der Elektromotoren 6 sind in der Befehlsebene Motion hinterlegt. Wenn diese Abläufe mit den hinterlegten Datensätzen übereinstimmen, kann durch die Schnittstelle 21 festgestellt sein, dass diese Bewegungsabläufe den hinterlegten Bewegungsabläufen entsprechen, wodurch eine erste Sicherheitsfreigabe erfolgt.
  • Sobald die Spannbacken 4 ihre Spannposition erreicht haben, dies kann beispielsweise durch einen Anstieg der Spannung an den Elektromotoren 6 durch die Messsensoren 22 festgestellt sein, sind die Elektromotoren 6 abzuschalten und festzusetzen, so dass auch die Spannbacken 4 nicht mehr verfahrbar sondern vielmehr arretiert sind. Diese Betriebszustände sind in der Befehlsebenen control hinterlegt und die von den Messsensoren 22 während des Spannungszustandes permanent erfassten Messdaten werden mit den hinterlegten Messdaten in der jeweilige Schnittstelle 21 abgeglichen. Sollten keine entsprechenden Abweichungen zwischen den hinterlegten Datensätzen des Betriebszustandes mit den tatsächlichen Datensätzen des Betriebszustandes vorhanden sein, erfolgt durch die Schnittstelle 22 eine weitere Sicherheitsfreigabe, so dass der Bearbeitungsprozess nicht unterbrochen ist bzw. beim Zustellen der Spannbacken 4 freigegeben werden kann.
  • Um während des Bearbeitungsprozesses eine Überwachung der Funktionsweise des Spannfutters 2 zu gewährleisten, ist die weitere Befehlsebenen safety in der Schnittstelle 21 vorgesehen, durch die insbesondere mechanische Reibbremsen überwacht sind. Diese Reibbremsen überwachen die Arretierung der Spannbacken 4. Die Elektromotoren 6 werden nämlich nach dem Erreichen der Spannposition abgeschaltet-Die Elektromotoren 6 drücken während des Spannvorgangs Federpakete zusammen, die anschließend eine erforderliche Spannkraft auf die Spannbacke 4 ausüben. Somit sind durch die jeweilige Schnittstelle 21 auch diese Messdaten zu erfassen und an die Steuereinrichtung 11 weiterzuleiten.
  • Die von den Messsensoren 22 permanent ermittelten Messdaten werden in einem hinterlegten Betriebszustand-Datensatz verglichen und sobald eine entsprechend vorgegebene Abweichung vorhanden sein sollte, dann erzeugt die jeweilige Schnittstelle 21 ein entsprechendes Steuersignal, wodurch der Bearbeitungsprozess durch die Steuereinrichtung 11 unterbrochen ist. Solange die erhaltenen Messdatensätze mit den hinterlegten Betriebszuständen in Form von entsprechenden Datensätzen übereinstimmen, ist der Bearbeitungsprozess nicht gestört und kann fortgesetzt werden.
  • In Figur 3 ist eine redundante Überwachung des Spannfutters 2 dargestellt, denn zwei Schnittstellen 21 sind mit der zweiten induktiven Übertragungseinrichtung 8 elektrisch gekoppelt. Beide der Schnittstellen 21 erhalten unabhängig voneinander die Messdatensätze der Messesensoren 22 und werten diese unabhängig voneinander aus. Die beiden Schnittstellen 21 sind miteinander elektrisch verbunden und sobald die Abgleiche zwischen den erhaltenen Messdatensätzen mit den hinterlegten Betriebszuständen durchgeführt ist, kommunizieren die Schnittstellen 21 miteinander und wenn deren Messergebnisse bzw. Abgleiche übereinstimmen, dann erhält die Steuereinrichtung 11 ein Freigabesignal, so dass der Bearbeitungsprozess eingeleitet werden kann, da die Spannfutter 2 in ihrer Spannposition ausgerichtet sind. Wenn jedoch die Messergebnisse bzw. Abgleiche in den beiden Schnittstellen 21 voneinander abweichen sollten, dann ist der Bearbeitungsprozess zu unterbrechen bzw. kann nicht freigegeben werden, da möglicherweise eine Funktionsstörung an dem Spannfutter 2 oder deren Spannbacken 4 bzw. Elektromotoren 6 vorhanden ist. Eine solche Funktionsstörung ist zunächst zu überprüfen.
  • Die beiden zusammengeschalteten Schnittstellen 21 erhöhen demnach die Sicherheit für den Betrieb und die Einstellung des Spannfutters 2, sie haben demnach eine redundante die Sicherheit erhöhende Funktion. Beide Schnittstellen 21 arbeiten unabhängig voneinander und erhalten die von den Messsensoren 22 ermittelten Messdaten.

Claims (5)

  1. Induktiv betriebenes Spannfutter (2) zur Zentrierung eines zu bearbeitenden Werkstückes (3) im Raum, umfassend:
    - eine Kopplungs-Einrichtung (1) für eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (21),
    - mindestens eine bewegliche Spannbacke (4),
    - einen mit jedem der beweglichen Spannbacken (4) trieblich verbundenen Elektromotor (6), der in dem Spannfutter (2) eingebaut ist und durch den jede bewegliche Spannbacke (4) angetrieben oder festgesetzt ist,
    - eine dem Spannfutter (2) zugeordnete erste induktive Übertragungseinrichtung (7),
    - einem von dem Spannfutter (2) räumlich getrenntes Trag- oder Maschinen-Gestell (10),
    - eine dem Gestell (10) zugeordnete zweite induktive Übertragungseinrichtung (8), die im Bereich der ersten induktiven Übertragungseinrichtung (7) des Spannfutters angeordnet ist und mit dieser induktiv Mess-Signale und Spannungen austauscht und
    - einer externen Steuereinrichtung (11), durch die für die Bedienung und Einstellung der Spannbacken (4) sowie für den Betrieb und Arretierung der Elektromotoren (6) erforderliche Befehls- und Überwachungsdaten eingebbar und/oder ablesbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zwischen der zweiten induktiven Übertragungseinrichtung (8) und der Steuereinrichtung (11) mindestens eine programmierbare Schnittstelle (21) vorgesehen ist, die mit der zweiten induktiven Übertragungseinrichtung (8) und der Steuereinrichtung (11) elektrisch verbunden ist,
    - dass jede der Schnittstellen (21) eine oder mehrere Befehls- und Steuerprogramme aufweist, durch die die Einstellung des Spannfutters (2) durch die Steuereinrichtung (11) erfolgt bzw. auswählbar ist,
    - dass eine Vielzahl von den Spannbacken (4), Elektromotoren (6) und/oder dem Spannfutter (2) zugeordnete Messsensoren (22) vorgesehen sind, durch die deren Betriebszustände erfasst und an die jeweilige Schnittstelle (21) übertragen sind,
    - dass durch die jeweilige Schnittstelle (21) ein Vergleich zwischen dem in den Befehlsprogrammen hinterlegten IST-Daten und der von den Messsensoren (22) ermittelten Messdaten erfolgt,
    - und dass durch diesen Abgleich des ausgewählten Betriebszustandes des Spannfutters (2) mit einem tatsächlichen Betriebszustand Datensätze generiert sind, die von der jeweiligen Schnittstellte (21) ausgewertet und an die Steuereinrichtung (11) des Spannfutters (2), die Spannbacken (4) oder die Elektromotoren (6) weitergeleitet sind.
  2. Kopplungs-Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwei Schnittstellen (21) unabhängig voneinander den Abgleich zwischen den tatsächlichen Betriebszuständen des Spannfutters (2) und den vorgegebenen Betriebszuständen durchführen.
  3. Kopplungs-Einrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schnittstellen (21) zusammengeschaltet sind, derart, dass die jeweiligen Ergebnisse miteinander verglichen sind.
  4. Kopplungs-Einrichtung Nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Freigabe für den Beginn des Bearbeitungsprozesses oder die Abschaltung des Bearbeitungsprozesses derart durch die Schnittstellen (21) überwacht und vorgegeben ist, dass bei einer Abweichung der Datensätze zwischen zwei Schnittstellen (21) der Bearbeitungsprozess selbsttätig unterbrochen oder bei Übereinstimmung freigegeben ist.
  5. Kopplungs-Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der jeweiligen Schnittstelle (21) Datensätze in Bezug auf die Bewegung und Position der Spannbacken (4), der Betriebszustände der Elektromotoren (6) und der Spannkraft der Spannbacken (4) hinterlegt sind und dass die Datensätze mit den gemessen Messdaten, die von den Messsensoren (22) erfasst sind, permanent miteinander abgeglichen sind.
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